(57)【要約】【課題】衛星信号の情報からマルチパスの影響を自動的に抑制し、測位精度を上げる。【解決手段】最適パラメータ算出装置９が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、仰角及び方位角マスクを最適規制装置７に設定する。最適規制装置７は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置８に送る。最適演算処理装置８は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。【選択図】  図１
2006017604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、
前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、
前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項２】
請求項１記載の衛星信号受信装置において、
さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置と、
を備えることを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項４】
請求項３記載の衛星信号受信装置において、
前記最適パラメータ算出装置は、
算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載の衛星信号受信装置において、
前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行う
ことを特徴とする衛星信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ等のＧＮＳＳ衛星信号のコード若しくはキャリア（搬送波）を利用した単独測位及び相対測位に用いる衛星信号受信装置に関し、特に、マルチパスの影響を抑制して、精度の高い位置情報（受信位置）を算出する衛星信号受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星信号受信装置、例えばＧＰＳ受信装置は、複数のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ電波を受信し、このＧＰＳ衛星信号に含まれる各種情報（衛星信号の情報）に基づきＧＰＳ受信装置が設置された位置のデータ、すなわち受信位置を計測する。
【０００３】
図５は、従来技術に係る衛星信号受信装置６の構成を示している。この衛星信号受信装置６の受信装置２は、アンテナ１に到達した衛星信号を受信し、衛星のコード、キャリア、衛星軌道及び衛星信号受信レベル等の衛星信号の情報を規制装置３に対して出力する。
【０００４】
規制装置３は、衛星信号の情報から計算される衛星仰角の情報と、記憶している仰角マスクの情報を基に、衛星毎のコード若しくはキャリア情報の規制を行う。仰角マスクは、受信装置２から出力される衛星毎のコード若しくはキャリア情報を衛星の仰角情報で規制する（利用しないようにする）パラメータである。
【０００５】
そして、演算処理装置４は、規制装置３から出力される情報を基に測位演算を行うことで、前記仰角マスクに対応する分のマルチパスの影響を抑制した位置情報を出力することができる。
【０００６】
操作装置５は、外部の指示を衛星信号受信装置６に伝達する装置で、例えば操作装置５の指示により、規制装置３は、自己が記憶している情報規制に関するパラメータの設定及び初期化等の作業を行うことができる。
【０００７】
このような衛星信号受信装置６は、他の衛星信号受信装置の補正情報を利用することで、単独測位方式のみならず、相対測位方式による位置情報を出力することができる。
【０００８】
他の衛星信号受信装置で得た補正情報を、演算処理装置４で利用する相対測位方式により、位置情報の精度を上げることが可能である。この場合、演算処理装置４は、前記補正情報を利用した相対測位方式の測位演算を行うことで、衛星の時計の誤差と衛星信号受信装置６の時計誤差による誤差を消去でき、さらに電離層及び大気中での電波の遅延による誤差等を抑圧できるため、単独測位方式に比べて、位置情報の精度を上げることができる。
【０００９】
ただし、相対測位方式によっても、マルチパスの影響による位置誤差を前記仰角マスクに対応する分以上には抑圧することができない。
【００１０】
周知のように、マルチパスによる影響は、位置情報の精度を劣化させる主要因の１つである。従って、このマルチパスの影響による位置情報の誤差をできるだけ抑圧することが望まれている。
【００１１】
マルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧する方法として、上述したように、規制装置３において、マルチパスの影響を受けた衛星情報を仰角マスクによって規制する方法がある。
【００１２】
高仰角衛星から受信した衛星情報に比べて、低仰角衛星から受信した衛星情報の方が、よりマルチパスの影響を受けやすい。そのため低仰角側に仰角マスクを設定することで、低仰角衛星から受信した衛星情報を規制し、高仰角衛星から受信した衛星情報を利用することで、結果的にマルチパスの影響による位置情報の誤差を抑圧させることができる。
【００１３】
しかし、従来技術に係る衛星信号受信装置６の仰角マスクのパラメータは、標準的な環境で決定した値、例えば衛星信号受信装置６の設置場所がオープンスカイであることを想定した仰角５度前後の値を固定して使用していた。そのため、衛星信号受信装置６が標準的な環境に設置された場合でしか、マルチパスの影響による位置情報の誤差を最適に抑圧することができなかった。その結果、衛星信号受信装置６が設置される環境が山岳地帯や市街地等では、必ずしも最適な精度の位置情報を得ることができなかった。
【００１４】
図６は、このような課題を解決する従来技術に係る衛星信号受信装置１３の構成を示している（特許文献１）。この衛星信号受信装置１３は、図５例の衛星信号受信装置６に比較して、複数種類のパラメータを記憶する記憶装置１１−１〜１１−ｎと、設置環境に応じて記憶装置１１−１〜１１−ｎから任意のパラメータを選択することが可能なパラメータ選択装置１２を規制装置３と操作装置５との間に設けている。
【００１５】
このような構成において、記憶装置１１−１〜１１−ｎに、例えば、予め郊外地用、市街地用及び標準用の仰角マスクを設定しておけば、設置環境に応じてパラメータ選択装置１２が所望のパラメータを選択することで、図５例の衛星信号受信装置６に比較して、設置環境毎に異なるマルチパスの影響による位置情報の誤差をより抑圧することができる。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１２４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、このように構成される衛星信号受信装置１３においても、以下に説明する２つの問題がある。
【００１８】
第１に、規制装置３に設定される仰角マスクは、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響を受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別することなく、衛星仰角のみの情報に基づいて情報を規制してしまうという欠点がある。
【００１９】
すなわち、これは、図７に示すように、衛星信号受信装置１３の近傍に、衛星信号に悪影響を及ぼす建築物等の障害物１５が存在する環境において、障害物１５に対向する方向に位置する衛星１６の衛星信号は、直接波１７とマルチパスに係わる障害物１５で反射した電波１８（反射波）が干渉することで、この衛星信号におけるコード及びキャリア情報に誤差が生じる。
【００２０】
これに対して、障害物１５に対向する方向に位置しない衛星１９の衛星信号は、直接波２０だけとなり、マルチパスの影響を受けにくい。このマルチパスの影響による位置誤差を軽減するために衛星信号受信装置１３は、パラメータ選択装置１２によって最適な仰角マスクを設定しようとするが、仮に衛星１６と衛星１９とが同一の仰角であった場合、衛星信号のマルチパスの影響の仕方が異なるにもかかわらず、両衛星１６、１９の衛星情報を規制するか、両衛星の衛星情報を規制しないかといった両極端の選択しかできないという欠点があり、必ずしも設置環境に応じた最適な位置情報が得られる訳ではないという問題がある。
【００２１】
第２に、記憶装置１１−１〜１１−ｎに対し、複数個の仰角マスク等のパラメータを予め設定する作業は、繁雑であり、かつ非効率的であるという問題がある。
【００２２】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、マルチパスの影響を考慮して適切な衛星を選択し、位置情報（受信位置）の精度を高めることを可能とする衛星信号受信装置を提供することを目的とする。
【００２３】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することを可能とする衛星信号受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この発明のかかる目的は、衛星から送信される衛星信号を受信し、受信した前記衛星信号の情報を出力する受信装置と、前記衛星信号の情報から、受信した前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する最適パラメータ算出装置と、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報に基づき、前記衛星信号の情報の規制を行う最適規制装置と、を備えることを特徴とする衛星信号受信装置によって達成される。
【００２５】
この発明によれば、マルチパスの影響のある衛星信号を自動的に抑圧し、その結果、適切な衛星の選択が可能となり、測位演算結果の受信位置の精度を高めることができる。
【００２６】
なお、さらに、前記最適パラメータ算出装置によって算出された前記マルチパスの影響の度合いの情報と、前記最適規制装置によって規制された前記衛星信号の情報に基づいた衛星仰角情報と衛星方位角情報と衛星信号受信レベル情報によって算出される重み係数行列を用いて測位演算を行い受信位置を求める最適演算処理装置を備えることで、精度のよい受信位置を得ることができる。
【００２７】
この場合、前記最適パラメータ算出装置は、前記最適演算処理装置で使用する情報及び前記最適演算処理装置で使用された過去の情報を基に統計的手法を利用し、衛星方向毎のコード若しくはキャリアに対する前記マルチパスの影響の度合いを算出することができる。
【００２８】
なお、前記最適パラメータ算出装置は、算出した前記マルチパスの影響の度合いから、利用を規制する衛星の仰角及び方位角マスクを算出する。
【００２９】
ここで、前記最適演算処理装置は、さらに別の衛星信号受信装置で得た補正情報を利用して前記測位演算を行うことでより受信位置の測位精度を上げることができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、マルチパスの影響を抑圧して適切な衛星が選択でき、位置情報（受信位置）の精度を高めることができる。
【００３１】
また、この発明は、衛星信号受信装置の設置環境に応じて、利用する衛星を自動的に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、この発明に係る衛星信号受信装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下に参照する符号において、図５〜図７に示したものと対応するものあるいは同一のものには、同一の符号を付ける。
【００３３】
図１は、第１の実施形態に係るＧＰＳ受信装置等の衛星信号受信装置１０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
衛星信号受信装置１０は、アンテナ１と、受信装置２と、最適規制装置７と、最適演算処理装置８と、最適パラメータ算出装置９と、操作装置５とを備える。
【００３５】
受信装置２は、ＧＰＳ衛星等の衛星からの衛星信号をアンテナ１により受信し、受信した衛星信号の情報を出力する。出力する情報は、衛星毎のキャリア情報、コード情報、衛星航法情報（衛星位置情報）、衛星信号受信レベル情報等が含まれる。マルチパスによる影響がある場合、衛星信号の情報のうち、コード若しくはキャリア情報にマルチパスによる雑音が付加される。
【００３６】
また、衛星信号受信装置１０を固定点に設置している場合には、衛星信号受信装置１０が移動している場合に比較して、設置している周囲環境の変化が少なく、周囲障害物等に反射する電波の経路は時間的な相関が高いため、コード若しくはキャリア情報及び衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報を基にマルチパスによる雑音の影響度合いは、統計的手法によって比較的容易に把握することができる。
【００３７】
以下の説明は、衛星信号受信装置１０が固定点に設置されている場合を前提とするが、固定点に設置された衛星信号受信装置１０に限られるものではなく、移動している物体に設置した衛星信号受信装置１０についても同様に適用される。
【００３８】
最適パラメータ算出装置９は、後述するように、前記衛星信号に関する情報から、受信した衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を算出する。
【００３９】
最適規制装置７は、最適パラメータ算出装置９によって算出されたマルチパスの影響の度合いの情報に基づき、衛星方向毎に異なるマルチパスによる影響を受けたコード若しくはキャリア情報を規制するために、任意の仰角及び方位角の範囲をマスク（仰角及び方位角マスク）することが可能な自由度の高い情報の規制を行う。
【００４０】
仰角及び方位角マスクの一例を、図２に、衛星信号受信装置１０から見た天空面を表すスカイプロット中に示す。この図２は、最適規制装置７が、衛星信号受信装置１０での仰角３０゜以下の範囲且つ方位角４５゜から１８０゜の範囲に囲まれた斜線範囲をマスクしている様子を図示している。この場合、最適規制装置７は、受信した衛星情報のうち、斜線範囲内（仰角０゜〜３０゜及び方位角４５゜〜１８０゜の範囲）の衛星から受信した衛星情報の規制（利用しないようにすること）を行う。
【００４１】
最適規制装置７は、衛星位置に基づいた自由度の高いマスク処理を実施することで、任意のマスク範囲に該当する衛星のコード若しくはキャリア情報を規制することができ、これにより衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を受けた衛星信号の情報を適切に規制することが可能となる。以下、衛星信号受信装置１０で任意の仰角及び方位角の範囲に存在する衛星の情報を規制することを仰角及び方位角マスクと称する。最適規制装置７は、複数の障害物等によるマルチパスの影響を排除するために、複数の範囲の仰角及び方位角マスクを取り扱うこともできる。
【００４２】
最適演算処理装置８は、最適規制装置７から出力された衛星信号の情報に基づき、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位演算を行う。最適演算処理装置８で行う測位演算は、単独測位方式若しくは相対測位方式に対応させることが可能である。
【００４３】
図３に示すように、相対測位方式に対応させる場合には、補正情報配信装置２１から相対測位方式の測位演算に必要となる情報を要求する。
【００４４】
次に、マルチパスの影響を抑圧するための重み係数を用いた測位方程式を説明する。単独測位方程式と相対測位方程式で、最適演算処理装置８が取り扱う測位方程式は異なるが、測位方程式を行列及びベクトルで表現すると、（１）式のように表現できる。なお、最適演算処理装置８では、最小二乗法やカルマンフィルタ等を用いて受信位置が算出される。例えば、最小二乗法を用いて、位置情報である受信位置を求める場合は次のように行われる。
【００４５】
求める受信位置（未知量）をベクトルｘ、航法データに基づいて定められ最小二乗法における計画行列をＡ、受信位置の観測値に基づくベクトルをｙ、誤差ベクトルをｅとすると測位方程式は（１）式のように表される。この（１）式において、誤差ベクトルｅを最小になるような未知量ｘが、求めるべき受信位置ｘとなる。
【００４６】
ｅ＝Ａｘ−ｙ…（１）
誤差ベクトルｅが最小になるように未知量のベクトルｘを求める際に必要となる最小二乗推定値をＸとすると、このＸは、最小二乗法における重み係数行列をＰ、Ａの転置行列をＡTとして、（２）式のように表現される。
【００４７】
Ｘ＝（ＡTＰＡ）-1ＡTＰｙ…（２）
ここで、計画行列Ａ、受信位置の観測量ベクトルｙは、単独測位方式の場合には、最適規制装置７から出力される衛星位置情報及びコード（擬似距離）情報を用いて定められ、相対測位方式の場合には、最適規制装置７から出力される衛星位置情報及びコード（擬似距離）情報若しくはキャリア情報及び補正情報配信装置２から配信される補正情報を用いて定められる。補正情報配信装置２の補正情報は、設置位置が既知である固定された衛星信号受信装置の情報を用いて定められる。
【００４８】
上記（２）式において、重み係数行列Ｐは、衛星仰角情報と衛星方位角情報と、衛星信号の受信レベル情報及び最適パラメータ算出装置９で算出される前記衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いの情報を用いて定められる。（２）式を使用することで、最適規制装置７では、除去することができないようなマルチパスの影響を抑圧することができ、算出される受信位置の精度を高めることができる。
【００４９】
なお、重み係数行列Ｐは、（２）式において、マルチパスの影響がほとんどないオープンスカイの環境では、重み係数行列Ｐを単位行列Ｉ｛Ｐ＝Ｉ    …（３）｝とし、受信位置の観測量ベクトルｙに対して重みを与えないことも可能である。なお、マルチパスの度合いを計算する初期段階のとき、換言すれば統計情報を収集する段階でも、Ｐ＝Ｉとする。
【００５０】
以上のような重み係数行列Ｐを導入することによって、衛星方向毎に異なるマルチパスの影響を適切に抑圧でき、単独測位方式若しくは相対測位方式において最適精度での位置情報を求めることができる。
【００５１】
ここでは、一例として最小二乗法で、重み係数行列Ｐを導入したときの未知量のベクトルｘの最適な推定値を求める方法を示したが、この方法に限定するものはなく統計的手法の１つである観測量ベクトルｙの時間変化に着目して、未知量のベクトルｘの最適な推定値を求めるカルマンフィルタ等による方法を利用して、（１）式の測位方程式を解くこともできる。
【００５２】
次に、最適パラメータ算出装置９は、最適演算処理装置８から出力される情報と、操作装置５から与えられた情報を基に、マルチパスの影響の度合いに対応した最適な仰角及び方位角マスクを統計的手法によって自動的に算出する。
【００５３】
算出方法の一例として、（４）式で与えられる残差ベクトルνと、衛星位置情報と衛星信号受信レベルの各情報における最新（現在）及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。また、算出方法の他の例として、（５）式で与えられる推定誤差ベクトルεと、衛星位置情報及び衛星信号受信レベル情報における最新（現在）及び過去情報を用いた統計的手法によって求める方法がある。
【００５４】
（４）式と（５）式の両方の算出結果から総合的に判断することで、結果の信頼性を高めるようにしても良い。
【００５５】
ν＝ＡＸ−ｙ                                                …（４）
ε＝ＡＸ−Ｙ                                                …（５）
ここで、（５）式における観測量ベクトルの推定真値Ｙの算出方法は、衛星位置情報と最適演算処理装置８から出力される位置情報における過去情報を基に算出する方法、若しくは、衛星位置情報と操作装置５によって指定された観測量ベクトルの推定真値Ｙを使用する方法等がある。
【００５６】
（４）式で求められる残差ベクトルν及び（５）式で求められる推定誤差ベクトルεを構成するそれぞれの要素は、いずれも所定の衛星信号に対するマルチパスの影響の度合いを示している。このマルチパスによる影響の度合いを示す情報及び衛星位置情報を統計処理することで、マルチパスの影響を受けやすい仰角及び方位角を把握することができるため、適切な仰角及び方位角マスクを算出することができる。
【００５７】
図４は、衛星信号受信装置４から衛星１００に対する仰角と方位角を説明している。
【００５８】
最適パラメータ算出装置９において、（４）式と（５）式の計算結果を統計処理することで算出された仰角及び方位角マスクの情報が最適規制装置７に供給され、この計算結果に基づき、最適規制装置７が規制をかける。また、最適パラメータ算出装置９により算出したマルチパスによる影響の度合いを示す統計結果は、最適演算処理装置８で使用する重み係数行列Ｐを算出する情報として提供する。最適規制装置７、最適演算処理装置８及び最適パラメータ算出装置９によって、設置環境に応じて異なるマルチパスの影響に対して、最適に対応することができる。
【００５９】
このように上述した実施形態によれば、最適パラメータ算出装置９が、マルチパスの影響の度合いの情報を算出し、この情報に基づく仰角及び方位角マスク（複数個も可）を最適規制装置７に設定する。最適規制装置７は、前記仰角及び方位角マスクにより衛星信号の情報を規制し、最適演算処理装置８に送る。最適演算処理装置８は、規制された衛星信号の情報と前記マルチパスの影響の度合いの情報を考慮して測位演算を行う。このようにして、マルチパスの影響を受けやすい方位に位置する衛星から受信した衛星情報と、マルチパスの影響の受けにくい方位に位置する衛星から受信した衛星情報とを区別して規制することが可能となり、衛星信号受信装置１０がその設置環境に応じたマルチパスの影響を抑制した精度の高い受信位置の測位演算を行うことができる。
【００６０】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】一実施形態に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図２】仰角及び方位角マスクの例を示すスカイプロット図である。
【図３】相対測位方式を説明するための衛星信号受信装置のブロック図である。
【図４】衛星に対する仰角及び方位角の説明図である。
【図５】従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図６】他の従来技術に係る衛星信号受信装置のブロック図である。
【図７】マルチパスの説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…アンテナ                              ２…受信装置
５…操作装置                              ７…最適規制装置
８…最適演算処理装置                      １０…衛星信号受信装置
９…最適パラメータ算出装置                ２１…補正情報配信装置
【図１】
2006017604.tif 000003
【図２】
2006017604.tif 000004
【図３】
2006017604.tif 000005
【図４】
2006017604.tif 000006
【図５】
2006017604.tif 000007
【図６】
2006017604.tif 000008
【図７】
2006017604.tif 000009